11 拼接合成的常用TTS算法

在上一篇中，我们介绍了TTS系统架构的后处理模块，了解了整个TTS系统中后处理的必要性与功能。在本篇中，我们将深入探讨拼接合成这一常用的TTS算法。该算法通过拼接预录制的语音片段来生成自然流畅的语音输出。这种方法高效且易于实现，适合对实时性要求不高的应用场景。

拼接合成的基本原理

拼接合成的核心思想是利用已有的语音数据，通过对语音片段的切分、存储和检索，结合特定的规则，将这些片段组合在一起，以生成完整的语音句子。这一算法的流程主要包括以下几个步骤：

1. 语音库构建：首先需要一个多样化的语音库，其中包含大量的语音片段。一般来说，这些片段是根据自然语言的发音进行采集和切分的，常见的单位包括音素、音节和词等。

2. 片段选择：在合成过程中，从语音库中选择适合的片段。根据所需合成的文本，自动匹配最接近的语音片段。

3. 拼接与平滑：选择合适的片段后，会对其进行拼接。在这个过程中，需要注意片段之间的衔接平滑性，通常需要通过淡入淡出（fade in/out）或动态调整音高、音色等方式来实现平滑过渡。

4. 后处理：最后通过后处理模块，以提升合成语音的自然性和清晰度。这一步可以参考我们在上一篇中讨论过的后处理技术。

实现拼接合成的案例

以下是采用拼接合成算法的简单实例，假设我们有一组语音片段存储在文件中。

准备数据

我们假设已经有几个音频文件，比如：

• hello.wav
• my.wav
• name.wav
• is.wav
• assistant.wav

这里，我们将通过Python中的pydub库来实现语音片段的拼接合成。

安装依赖

首先，确保你已经安装了pydub库。可以通过以下命令进行安装：

pip install pydub

代码示例

接下来，我们编写一个简单的代码来执行拼接操作：

from pydub import AudioSegment

# 加载音频片段
hello = AudioSegment.from_wav("hello.wav")
my = AudioSegment.from_wav("my.wav")
name = AudioSegment.from_wav("name.wav")
is_ = AudioSegment.from_wav("is.wav")
assistant = AudioSegment.from_wav("assistant.wav")

# 拼接音频片段
combined = hello + my + name + is_ + assistant

# 导出最终合成的音频
combined.export("output.wav", format="wav")

代码说明

• 我们通过AudioSegment.from_wav()方法加载每个音频片段。
• 使用+操作符将多个音频片段拼接在一起。需要注意的是，这里还有更多的拼接方式可以平滑过渡，例如使用fade_in()和fade_out()来添加淡入淡出效果。
• 最后，通过export()方法将合成后的音频导出为output.wav文件。

拼接合成的优缺点

优点

1. 自然性：由于使用真实的语音片段，合成出的语音往往比其他算法更自然。
2. 实现简单：相较于基于波形生成的算法，拼接合成的实现相对简单，且对计算资源的要求较低。

缺点

1. 灵活性差：拼接合成仅能在已有片段的基础上进行，缺乏针对新句子的灵活生成能力。
2. 语音片段的品质与数量的依赖：合成结果的质量高度依赖于语音库的质量和多样性。

结论

拼接合成算法作为一种传统而有效的TTS技术，适用于语音合成的多种场景。在构建语音合成应用时，可以根据实际需求来决定采用拼接合成还是其他算法。在下一篇中，我们将讨论常用TTS算法中基于波形生成的合成，探索其优势和实现方式。通过理解多种TTS技术，我们可以更好地设计出自然流畅的语音合成应用。